采煤工作面旋转回采的实践研究

曹秀龙

（霍州煤电集团河津腾晖煤业有限责任公司，山西 霍州 043300）

1 工程概况

腾晖煤业1301工作面走向长度平均为2525m，倾斜宽220m。3煤层平均厚9.03m，直接充水含水层为3煤层顶底板砂岩、底板“三灰”。1301工作面预计正常涌水量为401m3/h，最大涌水量为723m3/h。由于工作面涌水量过大，为实现自然疏排水，当巷道掘进1800m时，改沿煤层走向掘进，从而造成工作面开采时需要转向，并由此带来一系列难题：

（1）生产运输系统困难。因转载机不能拐弯，导致工作面推采至转向位置时，工作面煤炭无法通过转载机运输，造成生产运输困难。

（2）综放面设备位态改变带来的困难。一是综放面转向时前部输送机的“上窜”和后部输送机的“下滑”，不仅改变前、后两部输送机的间距，而且使两部输送机的有效布置长度发生变化，从而造成割煤和转运困难；二是综放面支架方位需要作30°的转向，在转向过程中，容易造成挤架、咬架现象。

（3）顶板控制难度大。工作面转向期间，综放面上部推进近乎停采，导致顶板压力和支架位态控制困难。

2 工作面运输系统的改造

1301工作面采用两套运输系统，在工作面转向时，需要考虑900m胶带运输系统的拆除，只使用外段的1800m胶带运输系统。要完成综放面旋转回采，需要将运输及超前支护系统等随工作面旋转回采同步完成转向，因此，需对综放面系统进行改造，完成超前支架及转载机的转向。工作面历经了两次系统改造。

2.1 第一次系统改造

第一次系统改造方案：补掘工艺巷。工艺巷的位置从工作面上平巷导线点A55点往北3.5m开门（巷中），按方位角56°掘进53.2m后再按方位角326°掘进100m，与工作面二号联络巷及上平巷贯通。工艺巷平面布置图如图1所示。

图1 工作面工艺巷平面图

2.2 第二次系统改造

当系统改造开始后，首先是900m胶带外延进入工艺巷内，与第二段工艺巷内的胶带搭接，之后再与l800m上巷中胶带搭接，组成新的运输系统。随着工作面的推进，转载机逐步进入工艺巷内，前两组超前架则从中间分开，靠近上帮的一侧进入上平巷，靠近下帮的则进入工艺巷内，当前部运输机的机头到达内、外胶带中心线交叉点时，进行第二次系统改造。将转载机拆卸移入上平巷，与1800m胶带机机尾重新搭接，将进入工艺巷内的第二组超前架后撤进入上平巷与第一组超前架组合，将工艺巷内的第一组超前架与上平巷的第二组进行组合。第三组超前支架直接转入1800m上巷段，从而形成新的超前支架支护系统，至此，完成运输系统及超前支护系统的第二次改造。

3 旋转回采工艺方案的设计

3.1 旋转回采方案的设计原则

回采过程中设计需要完成30°的转向角度，根据综采工作面旋转回采设计及1301工作面的实际情况，提出以下设计原则：

（1）最短时间内实现里段运输机撤除与外段运输机的安装使用；

（2）选择正确的运输机机头运动轨迹线，根据轨迹线确定旋转回采起始位置；

（3）运输系统改造后，需要确保两部运输机卸载点同时处于外段胶带运输机卸载线上；

（4）每推采一个循环，须采取相应措施调整运输机与支架状态；

（5）工作面上部采用旋转回采与推进相结合的方式，使上部端头支架处于间歇前移状态，确保顶板支护可靠。

3.2 旋转回采方案设计

3.2.1 旋转回采方案

通过对旋转回采工作面循环内切割刀数的分析，实现工作面迅速旋转回采，控制前后输送机出现“上窜”和“下滑”及综放支架挤架、咬架现象，提出工作面旋转回采方案为：自工作面推进到皮带中心线交点以北（北西）5.4m处时开始旋转回采，采用虚实结合的旋转回采方法，每10个短刀后割1个长刀，共需要14个调斜循环来完成工作面转向。此方案的优点在于旋转回采工艺较简单，现场易于操作控制，工期适中，每次调斜循环都有一个通刀用于调整支架，支架位态控制较好。缺点是前、后运输机有一定的滑移量；顶板控制难度较大。

3.2.2 旋转回采方案技术参数

旋转回采方案中将前部运输机机头、上端头支架和后部运输机机头按整体设计，随着工作面方向调整、推移前部运输机导致机头上移，后部运输机相应下滑。保持支架中心线与煤壁垂直，前、后运输机与煤壁平行。计算出每推采循环前、后运输机机头与里段胶带运输机卸载线距离，由回归方程计算得出前、后运输机机头的位置，实现准确定位，掌握每个切割循环前、后输送机的位置。通过计算，前、后运输机头与卸载线夹角、间距如表1所示。

根据旋转回采方案设计原则，结合前部运输机机头运动轨迹线，确定旋转回采起始点位于胶带中心线交点以北（北西）5.4m处，工作面垂直里段胶带中心线，终止点位于胶带中心线交点以南6m，工作面垂直外段胶带中心线。

旋转回采循环总刀数的确定。要完成工作面旋转30°，14个推采循环共需要总刀数（不包括推移机头通刀数）为：每个推采循环移溜头、松机割通刀一茬，共14刀。旋转回采总刀数为：140+14=154（刀）。

旋转回采时间计算。工作面旋转回采期间后部运输机不放顶煤，“三八制”生产，早班8：00至12:00检修。每天按一个推采循环组织生产，推十一茬8.8m溜尾、移一茬溜头0.8m，共需要14d。工作面在旋转回采期间，需要进行两次系统改造，时间大约需要4d，另外考虑1～2d的富裕系数，因此，此次旋转回采需要时间大约为19～20d。

4 旋转回采期间顶板控制措施

（1）为保证调采期间工作面上部顶板的完整性，在工作面开始调采前12m，自溜头向下15个支架（即114#～128#支架）开始铺设“金属菱形网+防雨布”，防雨布铺设在金属网上，所铺金属网及防雨布搭接处使用金属条连接，不得漏连。

（2）调采前必须加强工作面上部前方三岔门、四岔门处及超前支架撤除后的顶板支护，及时采取补支液压单体支柱等加强支护措施，需要控制好前、后部运输机，尽量将前部运输机机头下移，增大机头到卸载线的距离。后部运输机机头则尽量超出卸载线，使旋转回采过程中前部运输机机头运动轨迹与胶带中心线保持最小间距，后部运输机机头在最短推采距离接近外段胶带卸载线。

（3）当发现压力较大时，应适当增设π型钢进行补强支护。π型钢横跨运输机使用，长度不低于3.6m，一梁两柱，柱下穿铁鞋，初撑力不低于50kN，拴紧防倒绳，并确保接顶充分有劲。

（4）调采开始位置需加强矿压观测，预测工作面调采期间的顶板动态。当工作面推至距皮带中心线交点40m位置时，工作面90#～128#支架停止放煤；当工作面推至距胶带中心线交点30m位置时，工作面60#～90#支架停止放煤；当工作面推至距胶带中心线交点20m位置时，工作面30#～60#支架停止放煤；当工作面推至距胶带中心线交点10m位置时，工作面30#支架以下停止放煤，以防止复合岩梁作用，改善上覆岩梁位态。

（5）旋转回采开始后，后部运输机卸载点距转载机超过卸载距离时，将后部尾梁与插梁放至最低位，最大限度地控制顶煤进入运输机。

（6）调采期间，当工作面揭露二号联络巷（已充填）后，出现顶煤滑落、支架不接顶等现象时，应用半圆木或方木等材料接顶，保持初撑力不低于24MPa，并及时拉超前支架，保证暴露的顶板得到及时支护。调采期间，调刀茬处发现片帮及有来压现象时，应及时拉超前支架，前梁全部伸出到位，接顶接实，支架初撑力不低于24MPa，前后立柱活柱伸出量不低于400mm，护帮板完全打开护住煤帮。

5 效益分析

（1）1301综放工作面旋转开采作业历时3个月结束。旋转幅度大，在转向过程中，无咬架、挤架事故，月产量均达到了8万t以上。

（2）工作面旋转开采技术的实施使得1301工作面多采出4.3万余t煤，取得了较好的经济效益。

（3）腾晖煤业为下一步优化采区设计打下了坚实的基础，具有极大的社会效益。